شارح الدرس: حفظ العناصر الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف حفظ العناصر أثناء التفاعُلات الكيميائية

يتكوَّن كل شيء من مواد كيميائية. وهناك الملايين من المواد الكيميائية المعروفة، وجميعها يتكوَّن من ترتيبات مختلفة من العناصر. والعنصر مجموعة من الذرات تحتوي على عدد معيَّن ومتطابق من البروتونات في نواها.

يوجد 118 عنصرًا معروفًا منظَّمًا في الجدول الدوري للعناصر.

يوجد بعض العناصر في الطبيعة مثل النحاس () والأكسجين () والذهب ()، وتم تخليق عناصر أخرى مثل الأمريسيوم () من قِبل العلماء. لكل عنصر مجموعة مميَّزة من الخواص. على سبيل المثال، النحاس فلز ليِّن له لون برتقالي مُحمَر، وموصِّل جيد للكهرباء. والأكسجين النقي في درجة حرارة الغرفة يكون غازًا عديم اللون والرائحة والمذاق.

وعلى الرغم من أن العناصر يمكن أن توجد في صورتها النقية، فإن أغلب المواد الكيميائية عبارة عن مزيج من ذرات عناصر مختلفة. وهذا النوع من المواد يُسمَّى مركبًا.

يمكن استخدام صيغة كيميائية لتمثيل مركب ما. وتتضمَّن الصيغة رمزًا لكل عنصر، وقد تشمل قيمًا سفلية تُشير إلى عدد ذرات كل عنصر المطلوبة لتكوين وحدة واحدة من المركب. على سبيل المثال، ملح الطعام مركب يتكوَّن من عنصرَي الصوديوم () والكلور (). والصيغة الكيميائية لملح الطعام .

يمكن تحويل العناصر والمركبات إلى مركبات جديدة خلال التفاعل الكيميائي.

وسيكون للمواد الجديدة المتكوِّنة في التفاعل تركيبٌ مختلفٌ وخواص مختلفة عن المواد الأصلية. على سبيل المثال، الحديد () فلز ذو لون رمادي فضي ينجذب إلى المغناطيس. عندما يتفاعل الحديد () مع الأكسجين () والماء ()، يتكوَّن الصدأ (). والصدأ مسحوق ذو لون برتقالي بُني لا ينجذب إلى المغناطيس.

خلال التفاعل الكيميائي، لا بد أن تُحفَظ ذرات العناصر. وهذا يعني أنه لا يمكن أن يظهر أي عنصر أو يختفي خلال التفاعل الكيميائي. وكل ما يحدث هو أن الذرات تتحد معًا بترتيب مختلف.

على سبيل المثال، يمكن أن يتفاعل الهيدروجين () مع الأكسجين () لإنتاج الماء ():

يمكننا أن نلاحظ في التفاعل السابق أن ذرات عنصرَي الهيدروجين والأكسجين موجودة في كلٍّ من المواد الابتدائية للتفاعل ونواتجه.

يوضِّح المخطط الآتي حفظ عنصر النحاس خلال سلسلة من التحوُّلات.

على الرغم من عدم توضيح التفاعلات الكاملة في الشكل، يمكننا أن نلاحظ أن عنصر النحاس محافَظ عليه في جميع التفاعلات الأربعة.

في التفاعل الأول، وُضِعت قطعة من فلز النحاس في أنبوب اختبار. بعد ذلك أُضيفت كمية ضئيلة من حمض النيتريك المركَّز إلى أنبوب الاختبار. يتفاعل فلز النحاس مع حمض النيتريك المركَّز لتكوين أيونات على صورة نيترات نحاس. ويتغيَّر لون المحلول إلى اللون الأزرق بسبب وجود أيونات .

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الأول كالآتي:

في التفاعل الثاني، تتفاعل أيونات مع محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم. ويمكن أن تكون أيونات في صورة نيترات النحاس ، أو كبريتات النحاس . عند تفاعل أيونات مع هيدروكسيد الصوديوم، ينتج راسب أزرق من هيدروكسيد النحاس الثنائي. يمكن استخلاص هيدروكسيد النحاس الثنائي من خلال ترشيح المحلول، تاركًا الراسب خلفه.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الثاني كالآتي:

وفي التفاعل الثالث، يُسخَّن أنبوب اختبار يحتوي على راسب هيدروكسيد النحاس الثنائي بعناية على موقد بنسن. وبعد تسخينه لفترة من الزمن، ينتج راسب أسود صلب من أكسيد النحاس الثنائي، وعند هذه النقطة يُرفَع أنبوب الاختبار من على اللهب.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الثالث كالآتي:

وفي التفاعل الأخير، تُضاف كمية ضئيلة من أكسيد النحاس الثنائي الأسود إلى أنبوب اختبار مع كمية ضئيلة من مسحوق الكربون. بعد ذلك يُسخَّن أنبوب الاختبار بشدة حتى تنتج مادة ذات لون برتقالي مُحمَر، وهي فلز النحاس.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الرابع كالآتي:

في التفاعل الأول، يمكننا ملاحظة أن عناصر النحاس () والهيدروجين () والنيتروجين () والأكسجين () تُحفَظ لأنها تظهر على جانبَي سهم التفاعل. وفي التفاعل الثاني، يمكننا ملاحظة أن عناصر النحاس () والصوديوم () والأكسجين () والهيدروجين () محفوظة. ويمكننا أن نلاحظ أيضًا أن قانون حفظ العناصر ينطبق على التفاعلين الثالث والرابع.

عند إجراء تفاعل كيميائي، قد يبدو وكأن بعض العناصر تختفي خلال التفاعل. على سبيل المثال، الجازولين سائل يحتوي على مركب يُسمَّى الأوكتان (). يتكوَّن الأوكتان من عنصرَي الكربون () والهيدروجين (). عند حرق عيِّنة من الجازولين، قد يبدو الأمر وكأن الجازولين قد اختفى؛ لأنه لن تتبقَّى أي نواتج مرئية. لكن عندما يحترق الجازولين، يتفاعل غاز الأكسجين () في الهواء مع الأوكتان. ويُعاد اتحاد الذرات لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون () وبخار الماء ()، وهما غازان عديما اللون:

ومن ثَمَّ، على الرغم من أنه قد يبدو لأعيننا أن الجازولين قد اختفى وأن العناصر قد دُمِّرت، فإنه في واقع الأمر، قد حُفِظت ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين، وأُعيد اتحادها لتكوين مركبين جديدين لا يمكن للعين المجردة رؤيتهما.